domenica 5 febbraio 2017

WHAT IS LIFE





Post n. 30 English

Before addressing the topic, perhaps it is worth making a brief introduction.
The definition of the concept of life and living beings is of course a very difficult task whereby inaccuracies and misunderstandings are round the corner. At times, wanting to be accurate and rigorous ends up running the risk of being dogmatic and fall into paradoxical conclusions, such as those that lead to doubt the status of a Mule as a living being just because it is sterile and cannot reproduce.
The following are, therefore, considerations that have a predominantly terminological end (which is to avoid discussions, due to the use of similar terms, and giving them different meanings) and methodological (to circumscribe the analysis of the subject, strictly in a scientific-experimental manner).
If you look at a barking dog and a stone, immediately you recognize which one is alive and which inanimate. However, giving a conclusive and scientific definition that distinguishes the living from the inanimate world that is, how to define life through macroscopic observations and common sense, which is a difficult task. In the early seventies of the last century, they began to make a list of characteristics of the living beings. So a living organism was considered a system able to feed, grow, reproduce and react to stimuli. The issue is that these functions are found, individually, even in the inanimate world. The granules of a crystal “feeds" off the particles in solution and grows, can break and reproduce another crystal. Also different mechanical systems that react to a thermal or electric stimuli are known. It was then thought to place a condition, to define a living being, that was the simultaneous presence of all the characteristics listed above. But, if your dog is then seriously ill and no longer able to feed on its own? And hybrids like the mule that do not reproduce?
The matter was then moved to populations and in fact, Maynard Smith in "La teoria dell’evoluzione" in 1975, he wrote: «A so arbitrary list serves us little. Fortunately, Darwin’s natural selection theory gives us, however, a satisfactory definition. We consider living beings a population formed by entities that have the multiplication property, inheritance and variability». The problem of hybrids that do not reproduce still remains.
In the early 80's, Alessandro Minelli in "Gli albori della vita" Scientific American in 1984, writes, it is preferable to leave aside the temptation to define the phenomenon of "life." Towards the end of
the decade Manfred Eigen, in "Gradini verso la vita" in 1987, devotes the first chapter to this subject and finally concludes: «The question: "What is life?" Has many possible answers, none of which is satisfactory [...]. Too large is the mass of complex phenomena, too diverse are the characteristics and the behaviours of the living beings, for a general definition to make sense». In 2000, in "Da dove viene la vita", Paul Davies tried to give a clear idea of ​​what life is, and once more proposes a list. He lists ten essential characteristics for defining a living being and concludes: «I can summarize this list of quality by saying that, in a broader sense, life seems to involve two crucial factors: metabolism and reproduction». And hybrids?
Iris Fly returns the futility of any attempt to "define" life. The authoress, in the "Origini della vita sulla terra" 2002, after attempts to define life by scientists, concludes: «Whoever at least tried to produce a definition of life has had the frustrating experience of realizing that either the list of its properties is too large and applies to non-living systems, or it is too narrowed down it excludes some living beings. A functional definition that focuses on nutrition, metabolism and excretion may also apply to a car, but not to a dormant seed."
Ernst Mayr, referring to the quest for life in space, in "L’unicità della biologia" 2004, returns to the need to give a definition of "life" and writes: «Personally I accept a broad definition: life must be able to replicate itself and use the energy obtained from the sun or some available molecules, such as the sulfuric compounds present in ocean fumaroles».
The problem of seeds and hybrids remains.
Also Pier Luigi Luisi in "Sull’origine della vita e della biodiversità" 2013, considers it useful to isolate and define a common denominator that unites all living beings. The author, as he himself writes, uses a semi-serious metaphor. He imagines a little green man, coming from a very far stellar system with a list of terrestrial things containing living and non-living things. The little green man meets a farmer who he asks to separate the living from the non-living on the list. After a series of objections and clarifications, they finally reach an understanding and the little green man concludes: «A system that you define is alive if it is capable of transforming external nutrition into an internal process of self-maintenance and production of its components». Pier Luigi Luisi highlights how a definition of living being was achieved without disturbing molecular biology. The definition does not, however, contemplate reproduction, because there is the mule that does not reproduce in the list that the little green man shows to the farmer.
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It is a shame that in the list presented by the little green man, just to a farmer, there weren’t any seeds. Perhaps the farmer would have seen the seed as a plant and therefore life. But then life would be what you perceive as life, a feeling. So if the seed is a living being for a farmer, perhaps it is not for those who live in the city. Moreover, we still have to define the sick dog.
 In conclusion, list or no list, from a scientific point of view there is no clear and shared definition of what life is. So for some, the seed is life while for others it is not, and the same applies for a sick dog that cannot feed nor auto-sustain itself. Some definitions finally lead to the absurd conclusion of considering the mule non-living.
 (https://it.answers.yahoo.com/question/index?qid=20100427124519AAZJMyS)
 Why can’t one define what is life?
Because every time that metabolism, reproduction and evolution appear on a list, they are always projected towards the future, but natural selection does not know the future.
There is no meaning for a definition of life that looks to the future if the future is not known.
So, we will use a metaphor too and see, without any pretence, whether with our common sense we can suggest a definition of life.
In a warm summer evening, a couple sit on the veranda lit by a weak light. The wife says to her husband: “I haven’t see the cat for some time, it always comes to ask me something every day”. Her husband confirmed: “It is true, I have not seen it for at least three or four days, do you think it is dead?” “I do not know, his wife answered, it certainly wasn’t young. And then, it has always been an imprudent stray, constantly around the neighbourhood, the streets around here, day and night, and you know how these streets are busy now days”. The couple stayed silent for a long time, but each one asks themselves: what is the state of the cat is it alive or dead? After a while, from the darkness appears the cat that, with swirling footsteps, crosses the veranda and vanishes again in the dark. The couple watched each other with satisfaction, the cat is alive.
How did they determine the state of the cat? Through observation. So in order to decide what is life requires an observer. But the observer is a subjective an aleatory element, that is why there is no agreement on the seeds, the sick dog and the hybrids. To define living beings, we are therefore forced to provide the observer with more elements.
So, let us continue with our metaphor.
As we have described, the cat crosses the veranda and returns into the darkness beyond the hedges.
The wife tells her husband, “Why did it go away, if it were hungry I could have given it something to eat”. “It is its instinct”, replied her husband, “to survive, it must hunt for food”. But feeding means knowing how to use nutrition, ie transforming it into energy and useful components to the body, ultimately the possession of a metabolic system. But we do not know if the cat will find nourishment, it may not find it and die. We know, however, that the cat has the ability to feed and metabolize, whether or not it is related to the future, but nobody knows the future. Since there is no sense for a metabolism without nourishment, the term metabolism also means the ability to feed.
 Metabolism must necessarily fall under the definition of living beings.
Now, we know that millions of years ago, the cats’ ancestors crossed those places and they had to reproduce to attain our days. But we do not know if our cat will have the possibility or the ability to reproduce. However, we know with certainty that he is a product of reproduction and that certainty must help define a living being.
Reproduction contains a copy of the parents’ genome. The parents’ genome had to replicate right before reproduction. There is no point in talking about reproduction without the genome replication. The reproduction term must therefore contain the replication.
Natural selection has affected reproduction and allowed the cat’s ancestors to evolve. But natural selection does not know the future nor do we know how the cat will evolve. However, we know with certainty that living beings are the product of the evolution of their ancestors, that certainty must help define a living being.
So, life is a state of matter. Since there are only two states, life and death, life is life until it turns into the state of death, that is, until you recognize the "new" state, the state of inanimate matter.
The state of matter we call "life" is based on three fundamental properties: it must possess a metabolic system and be a product of reproduction and a product of evolution. Matter that does not simultaneously present these three fundamental properties is inert matter.
No one in a car or in a crystal recognizes a metabolic system and the product of reproduction and evolution. The salt crystals formed on the rocks after the evaporation of water are identical to those that formed billions of years ago, no difference, and no evolution.
The sick dog is temporarily debilitated but has a metabolic system. It is a product of reproduction and evolution. The sick dog is a living being.
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The mule survives with the help of a metabolism. It is irrelevant whether it reproduces or not, but it is a product of the reproduction and evolution of its ancestors, the horse and the donkey. The mule is a living being.                                                            
What about the seeds to which we can also add spores? Like predators that hide between herbs and bushes waiting for the right moment to attack their prey and survive, seeds and spores stay protected within their shells and wait patiently for their time, surviving. Seeds and spores have a metabolic system and are produced by the reproduction and evolution of plants, fungi and bacteria. Seeds and spores are living beings.
Summing it up: Life is a state of matter that is based on three fundamental properties: it must possess a metabolic system and be a product of reproduction and evolution.
The definition of life cannot be a perception of the observer, but part of Darwin's natural selection theory.
The bacterial cell has a metabolic system, it’s a product of reproduction and evolution, it is the smallest living entity, the first stage of life on which natural selection can act upon and is therefore subject to evolution.
But there are organisms that are smaller than the bacteria: the Virus. The debate is often open if the viruses are to be considered living or non-living organisms.
Luis P. Villareal, a virological expert in “I Virus sono vivi?” Science 2005 compares viruses to seeds in which the potential of life can shed. Dorothy Crawford, a microbiologist among the top experts in viruses, has an opposite view and in her essay, “Il nemico invisibile. Storia naturale dei virus”2002, writes: «Unlike bacteria, viruses cannot do anything on their own. They are not cells but particles, and they do not have a source of energy or any of the cellular equipment needed to produce proteins. Each of them is simply composed of genetic material surrounded by a protective cap shell called “capsid”. [...] But in order to use it, they must penetrate into a living cell and take control of it. [...] As soon as a virus can enter a cell, it reads the genetic code of the virus that reads “replicate me” and the cell gets to work. In this way, viruses invade living beings, highjack cells, and transform them into factories for the production of viruses». Also, as Crawford tells us again, out of the host cell the Virus cannot survive for long because they do not have a metabolic system of a cell and therefore are not able to feed.
The definition of life outlined above definitively closes this debate. Viruses are not living organisms because they do not present one of the life-defining factors: metabolism.
But if the Viruses are not living but particles, are they like stones? As the Norman Pirie virologist wrote in 1934, they are systems that are neither clearly living nor clearly inanimate.
If the term Virus is unsatisfactory, it is necessary to define another term.
We have given a macroscopic definition of life and identified the smallest vital entity in the bacterial cell, but within the cell at the molecular level, what is life?
No scientist has ever claimed to be able to answer this question. Life cannot be identified with one or a group of molecules. Life is "emergency". The term emergency must be understood in the meaning given by Ernst Mayr (cited work): «The appearance of unexpected features in complex systems». «It does not contain any metaphysical implications». «Complex systems often present properties that aren’t evident (nor can be predicted) even by knowing the individual components of these systems».
So life emerges from complex systems, but at the level of simple systems, the inanimate world has similar behaviours to the living beings.
Myosin is one of the proteins involved in transporting materials into the cell. Observing the myosin moving along the actin filaments inside the cell, looks like a small two-legged creature. If myosin is brought out of the cell becomes motionless, but if fuel is supplied it starts moving. Myosin is not alive and has no purpose, it is a molecular machine, and it only functions as a catalase that decomposes hydrogen peroxide just like thousands of other proteins.
Pier Luigi Luisi in his essay (quoted work) highlighted how vesicle derived fatty acids can reproduce with mechanisms typical of living organisms.
In the article “THE ORIGIN OF PROTEINS: 3) Polypeptide Synthesis” we have seen how drops of different compounds located next to each other seem to us to have familiar behaviours. Water seems to run away in the presence of ethyl alcohol, the sulfuric acid surrounded by drops of water seems to be looking for an escape route. These phenomena have been denominated “non-living chemiotassis". The term chemiotassis indicates the response of bacteria in the presence of nutrients or repellents. But as early as the middle of the last century Oparin had pointed out that too many copolymers of polymers (coacervates) tended to divide. Even Sydney Fox has produced coacervates thermal proteins and observed that these divided when too big which is similar to the behaviour of bacteria. Fox’s coacervated proteins had weak enzymatic capabilities as well.
There are some analogies that call for vital processes, in molecules and aggregates, but all these facts have a scientific explanation. Therefore the conclusion of Richard E. Dickerson, expressed in “L’evoluzione chimica e l’origine della vita” Le Scienze 1976, is always valid: «The experiments of Oparin and Fox are just analogies of vital processes but are evocative. They demonstrate the extent to which life-like behaviours are rooted in physical chemistry and illustrates the concept of chemical selection for survival».
Concluding, there is no "Élan Vital", a vital spirit, a life-like behaviour, the origin of vital processes are rooted in physical chemistry.
There are, however, inexplicable facts, real mysteries, which fall out of possible chemical-physical explanations.
At a molecular level, metabolism means thousands of chemical reactions that provide for the transformation of food into energy and components needed for sustainment and growth. But metabolism means basically enzymatic proteins. As we have shown in the article "Proteins: Molecular Machines", enzymatic proteins are assembly chains, guides, quality control and recycling, transport of materials, pumps and electro-motors. These molecular machines are the engine of life; they also control the genome and surely have always existed. They were certainly much more rudimentary, but they definitely had to be part of a “proto-organism”. Who is behind these machines, what are these exceptional macromolecules made of?
They are made up of exceptional, unique and universal constituents: amino acids. (See post 11 and 12)
The organic chemistry compounds are about 1.5 million and are ordered in groups. It is only by chance that the amino acid simultaneously have seven properties also highlighted as “seven shots at luck”, summarized as:
1) Simple and easy to synthesize
2) Soluble and stable in water.
3) Doesn’t react in water.
4) Must be linked to each other, giving rise to a peptide bond in resonance
5) Must be chiral.
6) Must contain a residual -Hδ+ on the nitrogen atom.
7) The residue R is not random.
No other group of organic compounds possesses similar characteristics, and if only one of these properties were missing, we do not know how life would have been, perhaps it would not have existed.
Where did the amino acids originate from? The inanimate matter.
In short, inanimate matter provided the material, amino acids, with all the right properties for life. It created all around a chemical vacuum so that there were not interferences during the formation of life. And it is from here, from amino acids that originates a particular kind of matter: organic matter, matter for life.
The secret of life, if it exists, is within amino acids, in their origin, and in these "seven shots at luck".
The question remains: how did amino acids originate from inanimate matter with all these properties, exactly those properties needed for life, while life was still in becoming?
To this question, science has no answer because it is out of its domain.

Giovanni Occhipinti.

Translated by: Sydney Isae Lukee


giovedì 2 febbraio 2017

MA LA VITA, CHE COS'È?



Post n. 30


Prima d affrontare l'argomento, forse, vale la pena fare una brevissima premessa.
La definizione del concetto di vita e di vivente è naturalmente una impresa molto ardua e sono sempre possibili imprecisioni e fraintendimenti. A volte, nell'intento -  magari lodevole di essere precisi e rigorosi -  si finisce per correre il rischio di essere dogmatici e di cadere in conclusioni paradossali, quali quelli che portano a dubitare della qualifica di vivente del mulo soltanto perché è sterile e non può riprodursi.
Quelle che seguono sono dunque considerazione che hanno un fine prevalentemente terminologico (quello di evitare che nella discussione si faccia uso di termini uguali, attribuendo loro significati diversi) e metodologico (quello di circoscrivere la trattazione dell'argomento all'ambito strettamente scientifico-sperimentale).
Se si osservano un cane che abbaia e un sasso sappiamo subito riconoscere cosa è vivo e cosa inanimato. Dare però una definizione scientifica conclusiva che distingua i viventi dal mondo inanimato cioè come definire la vita, per mezzo di osservazioni macroscopiche e di senso comune, è un’impresa difficile. Intorno agli anni settanta del secolo scorso, si inizia a fare una lista delle caratteristiche del vivente. Così, organismo vivente era considerato un sistema capace di nutrirsi, crescere, riprodursi e reagire agli stimoli. La questione è che queste funzioni si riscontrano, singolarmente, anche nel mondo inanimato. Il granulo di un cristallo si “nutre” delle particelle in soluzione e cresce, può spezzarsi e riprodurre un altro cristallo. Si conoscono anche diversi sistemi meccanici che reagiscono ad uno stimolo termico o elettrico. Si è pensato allora di mettere come condizione, per definire un vivente, la presenza simultanea di tutte le caratteristiche sopra elencate. Ma poi, se il cane è gravemente malato e non riesce più a nutrirsi? E gli ibridi, come il mulo che non si riproducono?
La questione fu quindi spostata sulle popolazioni e infatti Maynard Smith in “La teoria dell’evoluzione” 1975, scrive: «Una lista così arbitraria ci serve a poco. Per fortuna la teoria della selezione naturale di Darwin ci dà, invece, una definizione soddisfacente. Noi consideriamo vivente una popolazione formata da entità che hanno la proprietà di moltiplicazione, di ereditarietà e di variabilità». Rimane ancora il problema degli ibridi che non si riproducono.
Agli inizi degli anni `80, come scrive Alessandro Minelli in “Gli albori della vita” Le Scienze”1984, si preferisce lasciare da parte la tentazione di definire il fenomeno “vita”. Verso la fine dello stesso decennio Manfred Eigen, in “Gradini verso la vita” 1987, dedica tutto il primo capitolo a questo argomento e infine conclude: «La domanda: “Che cos’è la vita?” ha molte risposte possibili, nessuna delle quali è soddisfacente […]. Troppo grande è la massa dei fenomeni complessi, troppo diversificati sono i caratteri e i comportamenti dei viventi perché una definizione generale possa avere senso».  Nel 2000, in “Da dove viene la vita”, Paul Davies tenta di dare una chiara idea di che cosa sia la vita e ritorna a proporre una lista. Egli elenca dieci caratteristiche essenziali per definire un vivente e conclude: «Posso riassumere questo elenco di qualità affermando che, in senso lato, la vita sembra coinvolgere due fattori cruciali: il metabolismo e la riproduzione». E gli ibridi?
Con Iris Fly ritorna la futilità di qualsiasi tentativo di “definire” la vita. L’autrice, in “Origine della vita sulla terra” 2002, dopo avere ripercorso alcuni tentativi di definire la vita da parte degli scienziati, conclude: «Chi ha tentato almeno una volta di produrre una definizione della vita ha fatto l’esperienza frustrante di accorgersi che o l’elenco delle sue proprietà è troppo ampio e si applica a sistemi non viventi, oppure è troppo ristretto escludendo alcuni esseri viventi. Una definizione funzionale che si concentri sulla nutrizione, il metabolismo e l’escrezione, potrebbe applicarsi anche ad un automobile, ma non ad un seme dormiente».
Ernst Mayr, in riferimento alla ricerca della vita nello spazio, in “L’unicità della biologia”2004, ritorna sulla necessità di dare una definizione di “vita” e scrive: «Personalmente accetto una definizione ampia: la vita deve essere capace di replicarsi e di usare l’energia ricavata dal sole o da alcune molecole disponibili, come i composti solforati presenti nelle fumarole oceaniche».
Rimane ancora il problema del seme e degli ibridi.
Anche Pier Luigi Luisi in “Sull’origine della vita e della biodiversità” 2013 ritiene utile isolare e definire un denominatore comune che accomuna tutti i viventi. L’autore, come egli stesso scrive, utilizza una metafora semi-seria. Egli immagine un Omino verde, proveniente da un sistema stellare molto lontano con una lista di cose terrestri contenente viventi e non viventi. L’Omino verde incontra un contadino al quale chiede di separare nella lista i viventi dai non viventi. Dopo una serie di obiezioni e chiarimenti finalmente si raggiunge un’intesa e l’Omino verde conclude: «Un sistema da voi è definito vivo se è capace di trasformare il nutrimento esterno in un processo interno di auto-mantenimento e produzione dei propri componenti». Pier Luigi Luisi evidenzia come si è raggiunto una definizione di vivente senza scomodare la biologia molecolare. La definizione comunque non contempla la riproduzione, anche perché nella lista che l’Omino verde mostra al contadino è presente il mulo, che non si riproduce.
 
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È un peccato che nell’elenco presentato dall’Omino verde, proprio ad un contadino, non fosse compreso il seme. Forse il contadino nel seme avrebbe visto già una pianta e quindi la vita. Ma allora la vita sarebbe ciò che si percepisce come vita, una sensazione. Così, se per un contadino il seme è vita forse non lo è per chi vive in città. E rimane anche da definire il cane ammalato.
In conclusione, lista o non lista, da un punto di vista scientifico non esiste una chiara e condivisa definizione di che cosa è la vita. Così, per alcuni il seme è vita mentre per altri non lo è, e lo stesso vale per il cane ammalato che non riesce a nutrirsi e auto mantenersi. Alcune definizioni portano infine all’assurda conclusione di considerare il mulo non vivente.
Ma perché non si riesce a dare una definizione alla vita?
Perché ogni volta che in una lista compaiono metabolismo, riproduzione ed evoluzione, esse vengono proiettate sempre verso il futuro, ma la selezione naturale non conosce il futuro.
Non ha senso una definizione di vita che guarda al futuro se il futuro non si conosce.
E allora, utilizziamo anche noi una metafora e vediamo, senza nessuna pretesa, se il senso comune ci suggerisce una definizione di vita.
In una calda sera d’estate una coppia siede in veranda illuminata da una debole luce. La moglie dice al marito: “È da un po’ che non vedo più il gatto, è sempre venuto tutti i giorni a chiedermi qualcosa”. Il marito conferma: “È vero, anch’io non lo vedo da almeno tre o quattro giorni, pensi che sia morto?” “Non so, risponde la moglie, avrà certamente i suoi anni. E poi, è stato sempre un randagio imprudente, continuamente in giro per tutto il quartiere attraverso le strade qui intorno, di giorno e di notte, e tu sai come queste strade sono ormai trafficate”. La coppia rimane a lungo in silenzio, ma ciascuno si domanda: qual è lo stato del gatto, è vivo o morto? Dopo un po’, dal buio appare il gatto che, con passi felpati, attraversa la veranda e si immerge nuovamente nel buio. Moglie e marito si guardano con soddisfazione, il gatto è vivo. Come hanno fatto a decretare lo stato del gatto? Attraverso l’osservazione. Quindi per decidere cosa è vita ci vuole un osservatore.  Ma l’osservatore è un elemento soggettivo, aleatorio ed è per questo motivo che non c’è accordo sugli ibridi, i semi e il cane ammalato. Per definire il vivente, siamo quindi costretti a fornire all’osservatore qualche elemento in più.
E allora, continuiamo con la nostra metafora.
Come abbiamo descritto, il gatto attraversa la veranda e ritorna nel buio oltre le siepi.
La moglie dice al marito: “Perché è andato via, se aveva fame avrei potuto dargli io qualcosa da mangiare”. “È il suo istinto-risponde il marito-per sopravvivere deve cacciare per nutrirsi”. Ma nutrirsi vuol dire saper utilizzare il nutrimento, cioè trasformarlo in energia e componenti utili all’organismo, in definitiva possedere un sistema metabolico. Noi però non sappiamo se il gatto troverà il nutrimento, potrà non trovarlo e morire di stenti. Sappiamo però che il gatto ha la capacità di nutrirsi e metabolizzare, che ci riesca o no riguarda il futuro, ma nessuno conosce il futuro. Poiché non ha senso un metabolismo senza nutrimento, con il termine metabolismo si deve intendere anche la capacità di nutrirsi.
Il metabolismo, deve necessariamente appartenere alla definizione di vivente.
Ora, noi sappiamo che già milioni di anni fa gli antenati del gatto attraversavano quei luoghi e per arrivare fino ai nostri giorni hanno dovuto riprodursi. Noi però non sappiamo se il nostro gatto avrà la possibilità o la capacità di riprodursi. Sappiamo tuttavia con certezza, che egli è un prodotto della riproduzione e questa certezza deve contribuire a definire il vivente.
Ma la riproduzione contiene una copia del genoma del genitore. Il genoma del genitore ha dovuto quindi replicarsi poco prima della riproduzione. Non ha senso parlare di riproduzione senza la replicazione del genoma. Il termine riproduzione deve quindi contenere la replicazione.
Sulla riproduzione ha agito la selezione naturale che ha permesso agli antenati del gatto di evolvere. Ma la selezione naturale non conosce il futuro e noi non sappiamo in che modo evolverà il gatto. Sappiamo tuttavia, con certezza, che i viventi sono prodotti dell’evoluzione dei propri antenati e questa certezza deve contribuire a definire il vivente.
E allora: la vita è uno stato della materia. Poiché esistono solo due stati, vita e morte, la vita è vita fino a quando non passa allo stato di morte, cioè fino a quando non si riconosce il “nuovo” stato, lo stato di materia inanimata.
Lo stato della materia che noi chiamiamo “vita” si regge su tre proprietà fondamentali: deve possedere un sistema metabolico ed essere un prodotto della riproduzione e un prodotto dell’evoluzione. La materia che non presenta simultaneamente queste tre proprietà fondamentali è materia inerte.
Nessuno in un automobile o in un cristallo riconosce un sistema metabolico ed essere il prodotto della riproduzione e dell’evoluzione. I cristalli di sale che si formano sugli scogli dopo l’evaporazione dell’acqua sono identici a quelli che si formavano miliardi di anni fa, nessuna differenza, nessuna evoluzione.
Il cane ammalato è temporaneamente impedito, ma possiede un sistema metabolico. È un prodotto della riproduzione e dell’evoluzione. Il cane ammalato è un vivente.  
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Il mulo sopravvive per mezzo del metabolismo. È ininfluente se si riproduce o no, è però un prodotto della riproduzione e dell’evoluzione dei suoi antenati, la cavalla e l’asino. Il mulo è un vivente.
E i semi cui possiamo aggiungere anche le spore? Come i predatori che nascosti tra erbe e cespugli aspettano il momento giusto per attaccare la preda e sopravvivere, semi e spore protetti all’interno dei loro gusci aspettano pazientemente il loro momento per sopravvivere. Semi e spore hanno un sistema metabolico sono prodotti della riproduzione e dell’evoluzione delle piante, e di funghi e batteri. Semi e spore sono viventi.
Riassumendo: La vita è uno stato della materia che si regge su tre proprietà fondamentali: deve possedere un sistema metabolico ed essere un prodotto della riproduzione e dell’evoluzione.
La definizione di vita non può essere una percezione dell’osservatore ma far parte della teoria della selezione naturale di Darwin.
La cellula batterica è capace di metabolismo, è un prodotto della riproduzione e dell’evoluzione, essa è l’entità minima vitale, il primo stadio della vita su cui può agire la selezione naturale ed è quindi soggetta ad evoluzione.
Esistono però degli organismi che sono più piccoli dei batteri: i Virus. Si apre spesso il dibattito se i Virus siano da considerare organismi viventi o non viventi.
Luis P. Villareal esperto di virologia in “I Virus sono vivi?”, Le Scienze 2005, paragona i Virus ai semi in quanto a potenziale da cui può sgorgare la vita. Dorothy Crawford microbiologa tra i massimi esperti di virus è di parere opposto e nel suo saggio, “Il nemico invisibile. Storia naturale dei virus” 2002, scrive: «Diversamente dai batteri i virus non possono fare niente da soli. Non sono cellule ma particelle, e non hanno una fonte di energia né alcuno degli apparati cellulari necessari a produrre le proteine. Ciascuno di essi è composto semplicemente da materiale genetico circondato da un guscio proteico protettivo denominato “capside”. […] Ma per riuscire ad utilizzarlo devono penetrare in una cellula vivente e assumerne il controllo. […] Non appena un virus riesce a introdursi in una cellula, questa legge il codice genetico del virus che ordina “riproducimi”, e si mette al lavoro. In questo modo i virus invadono gli esseri viventi, ne requisiscono le cellule, e le trasforma in fabbriche per la produzione di virus». Inoltre, come ci informa ancora Crawford, fuori dalla cellula ospite i Virus non possono sopravvivere a lungo perché non dispongono dei processi metabolici di una cellula e quindi non sono capaci di nutrirsi.
La definizione di vita sopra esposta chiude definitivamente questo dibattito. I Virus non sono organismi viventi perché non presentano uno dei fattori che definisce la vita: il metabolismo.
Ma se i Virus non sono viventi ma particelle, sono simili ai sassi? Come scrisse il virologo Norman Pirie già nel 1934, sono sistemi che non sono né chiaramente viventi né chiaramente inanimati.
Se per indicare tali sistemi il termine Virus non è soddisfacente bisogna coniare un altro termine.
Abbiamo dato una definizione macroscopica della vita e individuato nella cellula batterica l’entità minima vitale, ma all’interno della cellula a livello molecolare, che cosa è la vita?
Nessuno scienziato ha mai avuto la pretesa di poter dare una risposta a questa domanda. La vita non si può identificare con una o con un gruppo di molecole. La vita è “emergenza”. Il termine emergenza si deve intendere nel significato dato da Ernst Mayr (opera citata): «La comparsa di caratteristiche impreviste in sistemi complessi». «Essa non racchiude nessuna implicazione di tipo metafisica». «Spesso nei sistemi complessi compaiono proprietà che non sono evidenti (né si possono prevedere) neppure conoscendo le singole componenti di questi sistemi».
Quindi, la vita emerge da sistemi complessi, ma già a livello di sistemi semplici il mondo inanimato presenta delle analogie con il comportamento dei viventi.
La miosina è una delle proteine che partecipa al trasporto di materiali nella cellula. Vedere la miosina muoversi lungo i filamenti di actina, all’interno della cellula, sembra una piccola creatura a due gambe. Se la miosina viene portata fuori dalla cellula è immobile, ma se gli si fornisce il combustibile inizia a muoversi. La miosina non è vivente e non ha nessuno scopo, è una macchina molecolare, svolge solo funzioni come la catalasi che decompone l’acqua ossigenata e come migliaia di altre proteine.
Pier Luigi Luisi nel suo saggio “Origine della vita e della biodiversità” 2013, ha messo in evidenza come vescicole prodotte da acidi grassi possono riprodursi con meccanismi tipici degli organismi viventi.
Nell’articolo “L’ORIGINE DELLE PROTEINE: 3) La sintesi dei polipeptidi” abbiamo visto come gocce di composti diversi situati nelle vicinanze sembrano avere comportamenti a noi familiari. L’acqua sembra scappare alla presenza di alcool etilico e l’acido solforico circondato da gocce d’acqua sembra alla ricerca di una via di fuga.  Questi fenomeni sono stati denominati “Chemiotassi del non vivente”. Il termine chemiotassi indica la risposta dei batteri alla presenza di nutrienti o di repellenti. Ma già dalla metà del secolo scorso Oparin aveva messo in evidenza come vescicole di polimeri (coacervato) divenute troppe grosse tendevano a dividersi. Anche Sydney Fox ha prodotto coacervati di proteinoidi termici e osservato che questi ingrossando si dividono in modo simile ai batteri. I coacervati proteinoidi di Fox hanno inoltre deboli capacità enzimatiche.
Ci sono insomma, in molecole e aggregati, alcune analogie che richiamano processi vitali, ma tutti questi fatti hanno una spiegazione scientifica. E allora, è sempre valida la conclusione di Richard E. Dickerson già espressa nel 1976 in “L’evoluzione chimica e l’origine della vita” Le Scienze: «Gli esperimenti di Oparin e Fox sono solo analogie di processi vitali, ma sono suggestivi. Dimostrano la misura in cui il comportamento di tipo vitale è radicato nella chimica fisica e illustrano il concetto di selezione chimica per la sopravvivenza».
Concludendo, non esiste un “Èlan Vital”, uno spirito vitale, il comportamento di tipo vitale, l’origine dei processi vitali è radicato nella chimica fisica.
Esistono però dei fatti inspiegabili, veri misteri, che sono al di fuori di possibili spiegazioni chimico-fisiche.
A livello molecolare metabolismo vuol dire migliaia di reazioni chimiche, che provvedono alla trasformazione del nutrimento in energia e componenti necessari al mantenimento e alla crescita. Ma metabolismo vuol dire fondamentalmente proteine enzimatiche. Come abbiamo illustrato nell’articolo “Proteine: le macchine molecolari”, le proteine enzimatiche costituiscono catene di montaggio, guide, controllo qualità e riciclo, trasporto materiali pompe proteiche ed elettromotori. Queste macchine molecolari sono il motore della vita, controllano anche il genoma e sicuramente sono esistite da sempre. Esse erano certamente molto più rudimentali, ma dovevano sicuramente far parte di un “proto organismo”. Ma chi c’è dietro queste macchine, di che cosa sono costituiti queste macromolecole eccezionali?
Di costituenti eccezionali, unici e universali: gli amminoacidi. (Vedi post 11 e 12)
I composti della chimica organica sono circa 1,5 milioni e ordinati in gruppi. Si dà il caso che solo il gruppo degli amminoacidi presenta simultaneamente sette proprietà che abbiamo evidenziato come “sette colpi di fortuna” e che possiamo riassumere:
1) Semplici e facili da sintetizzare
2) Solubili e stabili in acqua.
3) Non devono reagire in acqua.
4) Si devono legare tra di loro dando origine ad un legame peptidico in risonanza
5) Devono essere chirali.
6) Devono contenere un -Hδ+ residuo sull’atomo di azoto.
7) Il residuo R non è casuale.
Nessun altro gruppo di composti organici possiede caratteristiche simili, e se fosse mancata solo una di queste proprietà, non sappiamo come sarebbe stata la vita, e forse non esisterebbe.
Ma chi ha dato origine agli amminoacidi? La materia inanimata.
Insomma, la materia inanimata ha fornito il materiale, gli amminoacidi, con tutte le proprietà giuste per la vita. Essa tutt’intorno ha creato un vuoto chimico in modo che la vita in formazione non abbia da sbagliare. Ed è da qui, dagli amminoacidi che inizia un particolare tipo di materia: la materia organica, la materia della vita.
Il segreto della vita, se esiste, sta negli amminoacidi, nella loro origine e in questi “sette colpi di fortuna”.
Rimane allora la domanda: ma come ha fatto la materia inanimata a dare origine ad amminoacidi con tutte queste proprietà, giusto quelle proprietà necessarie alla vita, mentre la vita è ancora in divenire?  
A questa domanda la scienza non ha nessuna risposta perché esula dal suo dominio.

                                                                                                        Giovanni Occhipinti


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